Переработка радиоактивных отходов. Влияние на человека

Министерство образования 

Государственное образовательное  учреждение 

Высшего профессионального  образования 

«Сибирский государственный  индустриальный университет» 

  

Реферат по теме: 

«Переработка радиоактивных  отходов. Влияние на человека» 

Новокузнецк 2010 
 

Введение 

Явление радиоактивности  было открыто в 1896 году французским  ученым Анри Беккерелем, В настоящее  время оно широко используется в  науке, технике, медицине, промышленности. Радиактивные элементы естественного  происхождения присутствуют повсюду в окружающей человека среде. В больших объемах образуются искусственные радионуклиды, главным образом в качестве побочного продукта на предприятиях оборонной промышленности и атомной энергетики. Попадая в окружающую среду, они оказывают воздействия на живые организмы, в чем и заключается их опасность. 

Цель реферат рассмотреть  явление радиации, не вдаваясь подробности, однако заострить внимание на воздействии  ионизирующего излучения на человека. Центральной темой данной работы станут знакомство с радиоактивные отходы современного производства и АЭС в частности. Будут рассмотрены некоторые моменты, связанные с принципами работы с ядерными отходами. Будет дано краткое описание технологий захоронения ядерных отходов. Так же будут затронуты моменты связанные с захоронением отходов на территории Российской Федерации и освещенные СМИ. 

«Радиоактивные отходы - ядерные материалы и радиоактивные  вещества, дальнейшее использование  которых не предусматривается (закон "Об использовании атомной энергии")». [1] 
 

1. Радиация. Общие вопросы 

Радиация или ионизирующее излучение в общем смысле - различные  виды микрочастиц и физических полей, способные ионизировать вещество. В  более узком смысле к ионизирующему  излучению не относят ультрафиолетовое излучение и излучение видимого диапазона света, которое в отдельных случаях также может быть ионизирующим. Излучение микроволнового и радиодиапазонов не является ионизирующим. 

Альфа-излучение  представляет собой поток альфа-частиц - ядер гелия-4. Альфа-частицы, рождающиеся  при радиоактивном распаде, могут быть легко остановлены листом бумаги. Бета-излучение - это поток электронов, возникающих при бета-распаде; для защиты от бета-частиц энергией до 1 МэВ достаточно алюминиевой пластины толщиной несколько мм. Гамма-излучение обладает гораздо большей проникающей способностью, поскольку состоит из высокоэнергичных фотонов, не обладающих зарядом; для защиты эффективны тяжёлые элементы (свинец и т.д.), поглощающие фотона в несколько МэВ в слое толщиной несколько см. Проникающая способность всех видов ионизирующего излучения зависит от энергии.  

Важными показателями взаимодействия ионизирующего излучения  с веществом служат такие величины, как линейная передача энергии (ЛПЭ), показывающая, какую энергию излучение  передаёт среде на единице длины пробега при единичной плотности вещества, а также поглощённая доза излучения, показывающая, какая энергия излучения поглощается в единице массы вещества.  

В Международной  системе единиц (СИ) единицей поглощённой  дозы является грэй (Гр), численно равный отношению 1 Дж к 1 кг. Ранее широко применялась также экспозиционная доза излучения - величина, показывающая, какой заряд создаёт фотонное (гамма- или рентгеновское) излучение в единице объёма воздуха. Наиболее часто применяющейся единицей экспозиционной дозы был рентген (Р), численно равный 1 СГСЭ-единицы заряда к 1 см³ воздуха. 

2. Опасность для  человека 

  

Ионизация, создаваемая  излучением в клетках, приводит к  образованию свободных радикалов. Свободные радикалы вызывают разрушения целостности цепочек макромолекул (белков и нуклеиновых кислот), что может привести как к массовой гибели клеток, так и канцерогенезу и мутагенезу. Наиболее подвержены воздействию ионизирующего излучения активно делящиеся (эпителиальные, стволовые, также эмбриональные) клетки. 

Из-за того, что разные типы ионизирующего излучения обладают разной ЛПЭ, одной и той же поглощённой  дозе соответствует разная биологическая  эффективность излучения. Поэтому  для описания воздействия излучения  на живые организмы вводят понятия  относительной биологической эффективности (коэффициента качества) излучения по отношению к излучению с низкой ЛПЭ (коэффициент качества фотонного и электронного излучения принимают за единицу) и эквивалентной дозы ионизирующего излучения, численно равной произведению поглощённой дозы на коэффициент качества. [2] 

Единицей измерения  эквивалентной дозы в СИ является зиверт (Зв). Величина 1 Зв равна эквивалентной  дозе любого вида излучения, поглощенной  в 1 кг биологической ткани и создающей  такой же биологический эффект, как и поглощенная доза в 1 Гр фотонного излучения. Внесистемной единицей измерения эквивалентной дозы является бэр (до 1963 года - биологический эквивалент рентгена, после 1963 года - биологический эквивалент рада - Энциклопедический словарь). 1 Зв = 100 бэр. 

Эффективная доза (E) - величина, используемая как мера риска  возникновения отдаленных последствий  облучения всего тела человека и  отдельных его органов и тканей с учетом их радиочувствительности. Она представляет сумму произведений эквивалентной дозы в органах и тканях на соответствующие взвешивающие коэффициенты. 

Эффективная доза для  персонала работающего на радиоактивном  производстве не должна превышать за период трудовой деятельности (50 лет) 1000 мЗв, а для обычного населения  за всю жизнь - 70 мЗв. Планируемое повышенное облучение допускается только для мужчин старше 30 лет при их добровольном письменном согласии после информирования о возможных дозах облучения и риске для здоровья. [2] 

«Эффекты воздействия  радиации на человека обычно делятся  на две категории: 

1) Соматические (телесные) - возникающие в организме человека, который подвергался облучению. 

2) Генетические - связанные  с повреждением генетического  аппарата и проявляющиеся в  следующем или последующих поколениях: это дети, внуки и более отдаленные потомки человека, подвергшегося облучению. 

Таблица 1 - Воздействие  радиации на человекаРадиационные эффекты  облучения человека

Соматические эффекты Генетические эффекты

Лучевая болезнь Генные мутации

Локальные лучевые  поражения Хромосомные аберрации

Лейкозы 

Опухоли разных органов 
 
 

Различают пороговые (детерминированные) и стохастические эффекты. Первые возникают, когда число  клеток, погибших в результате облучения, потерявших способность воспроизводства  или нормального функционирования, достигает критического значения, при котором заметно нарушаются функции пораженных органов. Зависимость тяжести нарушения от величины дозы облучения показана в таблице 2. [3] 

Таблица 2 - Воздействие  различных доз радиации на человекаВоздействие  различных доз облучения на человеческий организм

Доза, Гр Причина и результат воздействия 

(0.7 - 2) 10-3 Доза от естественных источников в год

0.05 Предельно допустимая доза профессионального облучения в год

0.1 Уровень удвоения вероятности генных мутаций

0.25 Однократная доза оправданного риска в чрезвычайных обстоятельствах

1.0 Доза возникновения острой лучевой болезни

3- 5 Без лечения 50% облученных умирает в течение 1-2 месяцев вследствие нарушения деятельности клеток костного мозга

10 - 50 Смерть наступает через 1-2 недели вследствие поражений главным образом желудочно-кишечного тракта

100 Смерть наступает через несколько часов или дней вследствие повреждения центральной нервной системы 
 

В качестве иллюстрирующего  примера ситуации связанной с  безопасностью жизнедеятельности вблизи атомного производства приведем статью с интернет портала отделения Green Peace в России. (http://www.greenpeace.org/russia/ru/press/) 

«Радиационное загрязнение  сопровождает все звенья атомного топливного цикла: добычу и переработку урана, производство топлива для АЭС, работу АЭС, а также хранение и переработку отработавшего ядерного топлива (ОЯТ). 

Так, один из самых  обычных в выбросах АЭС радионуклид  «цезий-137», попадая в организм человека, вызывает саркому (одна из разновидностей раковых заболеваний). Другой радионуклид – «стронций-90» - может замещать кальций в твердых тканях и грудном молоке. Что ведет к развитию рака крови (лейкемии), раку кости и раку груди. А малые дозы облучения «криптоном-85» повышают вероятность заболевания раком кожи. 

Наибольшему воздействию  радиации подвергаются работники самих  ядерных объектов, а также люди, проживающие в прилегающих к  ним зонах, в так называемых «закрытых  административно-территориальных образованиях» (ЗАТО). Даже при строгом соблюдении всех норм радиационной безопасности, жителям таких городов свойственно раннее старение, ослабленные зрение и иммунная система, чрезмерная психологическая возбудимость и др. А распространенность врожденных аномалий среди детей в возрасте до 14 лет, проживающих в российских ЗАТО, вдвое превышает показатель по стране. 

По данным самого Росатома, заболеваемость нервной системы  и органов чувств у работников атомной отрасли почти в 2 раза выше, чем у населения, проживающего рядом, например, с АЭС. Распространенность гипертонической болезни среди персонала атомных предприятий в 3 раза выше, чем в среднем по стране, а частота заболеваний костно-мышечной системы – вдвое выше, крови (1997 г.) – втрое. 

В реальности же от радиационного  заражения страдают, сами того не зная, гораздо большее число людей. Даже самые малые дозы облучения вызывают необратимые генетические изменения, которые затем передаются из поколения в поколение. По оценкам американского радиобиолога Р. Бертелл, от атомной индустрии к началу 21 века генетически пострадало не менее 223 млн. человек. Радиация тем и страшна, что ставит под угрозу жизнь и здоровье сотен миллионов людей грядущих поколений, вызывая такие заболевания, как синдром Дауна, эпилепсию, дефекты умственного и физического развития. 

Так называемое «вторичное загрязнение» – еще один путь распространения «ядерной заразы». Уже давно стали обычным явлением скандалы, связанные с изъятием зараженной сельскохозяйственной продукции, грибов и ягод на российских рынках». [5] 

3. РАО и ОЯТ 

Исчерпывающим, на наш взгляд, можно считать интервью журнала «Вокруг Света» с Президентом Российского научного центра «Курчатовский институт», академика Евгению Павловича Велихова. В нем подробно освещены вопросы касающиеся радиоактивных отходов и отработанного ядерного топлива, их транспортировки и хранения, перспектив и опасности для окружающей среды. 

Что такое отработавшее ядерное топливо. 

Если кратко, то это  уран, поработавший в ядерном реакторе и содержащий радиоактивные продукты деления. Поэтому его называют также облученным, или выгоревшим, ядерным топливом. В общепринятом смысле топливо - это то, что горит, то есть дрова, уголь, нефть, газ. Горение - это химическая реакция соединения какого-либо вещества с окислителем (в приведенных примерах - углеводородных соединений с кислородом), протекающая с интенсивным выделением тепла. Именно горение применяют в технике для получения тепла в топках, печах и камерах сгорания двигателей. На этой «огневой» энергетике в основном и базируется современная цивилизация. Совсем по-другому «горит» ядерное топливо. Уран выделяет тепло в результате не химической, а физической реакции - деления, для протекания которой не требуется ни кислород, ни иной окислитель. При каждом акте деления тяжелого ядра урана-235, инициируемом поглощением медленного нейтрона, образуются 2, а иногда 3 более легких ядра и несколько быстрых нейтронов. Будучи положительно заряженными, эти ядра с огромными скоростями разлетаются в разные стороны и, сталкиваясь с окружающими атомами, передают им свою кинетическую энергию, то есть нагревают вещество. Существует два типа отработавшего ядерного топлива (ОЯТ). Первый - природная смесь изотопов урана, которая длительно облучалась в промышленном реакторе с целью накопления оружейного плутония. Второй - тепловыделяющие сборки энергетических реакторов, содержащие ТВЭЛы (тепловыделяющие элементы) из обогащенного урана, выгорание которого достигло технологического предела из-за накопления продуктов деления. 

ОЯТ всегда содержит три компонента: 

• Невыгоревший уран; 

• Продукты деления урана; 

• Трансурановые  элементы; 

Стоит ли считать  ОЯТ радиоактивными отходами (РАО) или  нет? Чем ОЯТ отличается от «свежего»  ядерного топлива. 

«Свежим» называют ядерное топливо до загрузки его  в реактор, отработавшим - то же топливо, но после облучения. Главное отличие ОЯТ от «свежего» топлива - огромная радиоактивность, обусловленная накопленными продуктами деления. Для «свежего» ядерного топлива характерна очень малая радиоактивность. Настолько слабая, что при изготовлении блочков из литого естественного урана нет необходимости использовать противорадиационную защиту персонала. У нас в Курчатовском институте экскурсантам, которые посещают первый в Европе и Азии экспериментальный реактор Ф-1 (кстати, успешно работающий с 1946 года), даже дают подержать один из таких блочков в руках, не опасаясь какого-либо облучения. Правда, предупреждают: «Осторожно!» Но за этим предупреждением вместо ожидаемого почти каждым гостем слова «радиация!» следует «не уроните!» При плотности около 18 г/см3 небольшой по размерам, удобно умещающийся в ладони блочок неожиданно массивен (его вес при диаметре 35 мм и высоте 100 мм составляет 1,7 кг). А вот ОЯТ, напротив, - один из самых радиационно-опасных объектов ядерного топливного цикла. Даже кратковременное пребывание человека вблизи ОЯТ, выгруженного из ядерного реактора, неизбежно сопровождается очень высокими дозами облучения. Поэтому любые операции с ОЯТ осуществляют только дистанционно, с использованием мощной экранирующей защиты от проникающих ионизирующих излучений.